DE4216189A1 - Material identification using spectroscopy and two laser light sources, e.g. for differentiation of human tissue - illuminating material with light at two wavelengths and determining intensity of luminescence or scattered light emitted from material in wavelength range below upper illuminating frequency - Google Patents

Material identification using spectroscopy and two laser light sources, e.g. for differentiation of human tissue - illuminating material with light at two wavelengths and determining intensity of luminescence or scattered light emitted from material in wavelength range below upper illuminating frequency

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Abstract

The method involves illuminating the material to be identified with a frequency lambda 1, detecting the intensity of light emitted from the material between wavelengths lambda 2 and lambda 3, and comparing with values for known materials. The material (11) to be identified is additionally illuminated with the light of a fourth wavelength (lambda 4). This lies above the wavelength range of the second and third wavelengths (lambda 2 and lambda 3). Two lasers (7,8) are used as light sources and respectively produce light of first and fourth wavelengths (lambda 1 and 4). The light is fed into an optical waveguide (10) across a beam splitter (9) and led to the material being identified. The light emitted is fed across a second beam splitter (12) to an evaluator (13). USE/ADVANTAGE - For removing layers of dirt, lacquer, etc. without harming substrate material; cutting using stencil; medical applications, e.g. stone and tumour destruction, plaque removal from teeth. Clearer differentiation between materials of similar types.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Materialerkennung mittels Spektroskopie, bei dem das zu identifizierende Material mit Licht einer Wellenlänge λ1 beleuchtet und die Intensität des von Material emittierten Lumineszenz- und/oder Streulichts bei mindestens einer Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich zwischen λ2 und λ3 er­ mittelt und mit vorermittelten Werten bekannter Materialien vergli­ chen wird, wobei die Wellenlänge λ1 unterhalb des Wellenlängenbe­ reiches λ2 bis λ3 liegt.The invention relates to a method for material recognition by means of spectroscopy, in which the material to be identified is illuminated with light of a wavelength λ 1 and the intensity of the luminescent and / or scattered light emitted by the material at at least one wavelength in a wavelength range between λ 2 and λ 3 is averaged and compared with previously determined values of known materials, the wavelength λ 1 being below the wavelength range λ 2 to λ 3 .

Die Materialbearbeitung mittels Laserlicht gewinnt auf zahlreichen technischen Gebieten mehr und mehr an Bedeutung. Insbesondere bei dieser Materialarbeitung ist es häufig erforderlich, sicherzustellen, daß nur ein Material I, nicht jedoch ein Material II bearbeitet wird. Hierzu ist eine schnelle und zerstörungsfreie Materialerkennung Voraussetzung; Anwendungsgebiete solcher nach Materialart differen­ zierten Bearbeitung sind zahlreich zu finden, beispielhaft seien hier folgende Anwendungen aufgezählt: Entfernen von Verschmutzungen und Verkrustungen ohne Beschädigung des Grundmaterials, Schneiden oder flächiges Bearbeiten von Materialien längs einer Schablone oder einer zuvor aufgetragenen Deckschicht, Lackentfernung, medizinische Anwendungen wie beispielsweise die Stein- oder Tumorzerstörung, die Plaqueentfernung an Zähnen, die Entfernung von Ablagerungen an Gefäßen und dergleichen. Die vorstehend nur beispielhaft genann­ ten Einsatzgebiete weisen das gemeinsame Kennzeichen auf, daß bei der Materialbearbeitung mittels Laser eine hohe Leistungs- und Energiedichte im Arbeitsbereich einerseits erforderlich ist und ande­ rerseits eine Beschädigung des nicht zu bearbeitenden angrenzenden Materials durch das Laserlicht sicher verhindert werden muß.Material processing using laser light wins on numerous technical areas more and more important. Especially at this material processing, it is often necessary to ensure that only material I is processed, but not material II. For this is a quick and non-destructive material detection Requirement; Areas of application of such differ by material type There are numerous ornamental edits, for example here The following applications are listed: Removal of dirt and incrustations without damaging the base material, cutting or planar processing of materials along a template or a previously applied top coat, paint removal, medical Applications such as stone or tumor destruction,  removal of plaque from teeth, removal of deposits on vessels and the like. The above is only an example ten areas of application have the common characteristic that at the material processing by laser a high performance and Energy density in the work area is required on the one hand and others on the other hand, damage to the adjacent one not to be processed Material must be prevented by the laser light safely.

Zur Materialerkennung, insbesondere Materialunterscheidung, ist ein Spektroskopieverfahren bekannt, das sich systembedingt besonders einfach und kostengünstig, insbesondere für solche Laserbearbeitun­ gen einsetzen läßt. Ein solches Verfahren ist beispielhaft aus DE 39 18 618 A1 oder aus C.C. Hoyt u. a. "Remote Biomedical Spectroscopic Imaging of Human Artery Wall" in Laser Surg. Med. 1988; 8 : 1-9 bekannt. Die dort beschriebenen Verfahren arbeiten unter Anwendung der Fluoreszenzspektroskopie. Das zu identifizierende Material im Arbeitsbereich des bearbeitenden Lasers wird durch Licht einer Wellenlänge λ1 beleuchtet, und zwar entweder durch den be­ arbeitenden Laser selbst oder durch eine zusätzliche Lichtquelle. Das hierdurch emittierte Lumineszens- und/oder Streulicht wird dann in einem Wellenlängenbereich λ2 bis λ3 bei einer oder mehreren Wel­ lenlängen analysiert, wobei die ermittelten Werte mit vorermittelten Werten verglichen werden, um so ein bestimmtes Material wieder­ zuerkennen. Die Wellenlänge λ1 des Beleuchtungslichts wird dabei so gewählt, daß sie unterhalb des Wellenlängenbereiches λ2 bis λ3 liegt, das heißt, daß die Wellenlänge λ1 kleiner als λ2 ist. Je nachdem welches Material die Vorrichtung identifiziert hat, wird dann der energiereiche Bearbeitungslaser zur (weiteren) Bearbeitung freigege­ ben oder gesperrt.For the detection of materials, in particular material differentiation, a spectroscopy method is known which, due to the system, can be used particularly simply and inexpensively, in particular for such laser processing. Such a method is exemplified by DE 39 18 618 A1 or CC Hoyt and others "Remote Biomedical Spectroscopic Imaging of Human Artery Wall" in Laser Surg. Med. 1988; 8: 1-9 known. The methods described there work using fluorescence spectroscopy. The material to be identified in the working area of the processing laser is illuminated by light of a wavelength λ 1 , either by the working laser itself or by an additional light source. The luminescence and / or scattered light emitted in this way is then analyzed in a wavelength range λ 2 to λ 3 at one or more wavelengths, the values determined being compared with previously determined values, in order in this way to recognize a specific material again. The wavelength λ 1 of the illuminating light is chosen so that it lies below the wavelength range λ 2 to λ 3 , that is to say that the wavelength λ 1 is less than λ 2 . Depending on which material the device has identified, the high-energy processing laser is then released or blocked for (further) processing.

Das vorbeschriebene Verfahren hat sich grundsätzlich bewährt, stößt jedoch dort an seine Grenzen, wo Material zu erkennen ist, das nicht völlig homogen ist, das insbesondere eine hohe Streuung in der spektralen Verteilung des emittierten Lichts aufweist. Dies ist häufig bei biologischem Material, z. B. menschlichem Gewebe, bei Pflanzen oder dergleichen der Fall. Häufig gilt es auch Material bestimmter Materialgruppen zu unterscheiden, die in ihrem spektralem Lumi­ neszenz- oder Streueigenschaften sehr ähnlich sind.The method described above has proven itself in principle, comes across however to its limits where material can be seen, that is not  is completely homogeneous, in particular a high degree of dispersion in the has spectral distribution of the emitted light. This is common for biological material, e.g. B. human tissue, in plants or the like. Often it also applies to certain material Distinguish material groups in their spectral Lumi nescence or scattering properties are very similar.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mittels Spektroskopie arbeitendes Verfahren zur Materialerkennung der oben erwähnten Art so zu verbessern, daß eine deutlichere Mate­ rialdifferenzierung möglich ist. Weiterhin soll eine Vorrichtung ge­ schaffen werden, mit der das erfindungsgemäße Verfahren angewen­ det werden kann.Proceeding from this, the invention is based on the object Spectroscopic method for material detection of the type mentioned above so that a clearer mate rial differentiation is possible. Furthermore, a device is said to be ge create with which the method according to the invention apply can be detected.

Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das zu identifizierende Material zusätzlich mit Licht einer Wellenlänge λ4 beleuchtet wird, wobei die Wellenlänge λ4 oberhalb des durch λ2 und λ4 bestimmten Wellenlängenbereichs liegt, das heißt, die Wellenlänge λ4 größer als die Wellenlänge λ3 ist. Der vorrichtungsmäßige Teil der Aufgabe wird durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren angegeben.The procedural part of the object is achieved according to the invention in that the material to be identified is additionally illuminated with light of a wavelength λ 4 , the wavelength λ 4 being above the wavelength range determined by λ 2 and λ 4 , that is to say the wavelength λ 4 is larger than the wavelength λ 3 . The device-related part of the task is solved by the features specified in claim 6. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims, the following description and the figures.

Die erfindungsgemäße Beleuchtung des zu identifizierenden Materials mit Licht einer Wellenlänge λ1 und zusätzlich mit Licht einer Wel­ lenlänge λ4 unterhalb bzw. oberhalb des durch λ2 und λ4 bestimmten Wellenlängenbereichs hat überraschenderweise ergeben, daß sich zumindest bei einigen Materialien, insbesondere bei sehr ähnlichen Materialgruppen eine deutlich differenziertere spektrale Verteilung des emittierten Lichtes einstellt, die eine Materialerkennung erleich­ tert. Die Intensitätsunterschiede innerhalb des ausgewählten spek­ tralen Bereichs sind gegenüber einer Beleuchtung mit nur einer Wellenlänge λ₁ deutlich gespreizt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zudem billig und einfach angewendet werden, es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, daß zusätzlich auch Licht der Wellenlänge λ4 eingestrahlt wird. Hierbei muß es sich nicht notwendigerweise um Laserlicht handeln, das Beleuchtungslicht muß lediglich im Bereich der Wellenlänge λ1 sowie im Bereich der Wellenlänge λ4 eine gewis­ se Mindestintensität aufweisen, die im Anwendungsfall empirisch ermittelt werden kann. Es ist also für die Erfindung nicht erforder­ lich, kohärentes Licht oder Licht nur exakt einer Wellenlänge ein­ zusetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zudem auch in Kombination mit dem bekannten Materialerkennungsverfahren einge­ setzt werden, je nachdem, welche Materialien es zu unterscheiden gilt.The illumination according to the invention of the material to be identified with light of a wavelength λ 1 and additionally with light of a wavelength λ 4 below or above the wavelength range determined by λ 2 and λ 4 has surprisingly shown that there are at least some materials, especially very similar ones Material groups sets a significantly more differentiated spectral distribution of the emitted light, which facilitates material detection. The differences in intensity within the selected spectral range are clearly spread compared to illumination with only one wavelength λ 1. The method according to the invention can also be used cheaply and simply, it is only necessary to ensure that light of wavelength λ 4 is also radiated in. This does not necessarily have to be laser light, the illuminating light only has to have a certain minimum intensity in the range of the wavelength λ 1 and in the range of the wavelength λ 4 , which can be determined empirically in the application. It is therefore not required for the invention to add coherent light or light exactly one wavelength. The method according to the invention can also be used in combination with the known material detection method, depending on the materials to be distinguished.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, zur Materialerkennung nicht die gesamte Intensitätsverteilung des emittierten Lichts über den angegebenen Wellenlängenbereich zu bestimmen, sondern lediglich charakteristische Werte innerhalb dieses Bereichs zu bilden, da dies wesentlich einfacher und schneller durchführbar ist. Solch ein cha­ rakteristischer Wert kann in einfachster Form die relative Intensität des emittierten Lichts bei einer Detektionswellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereichs sein.It has proven to be useful, but not for material detection the total intensity distribution of the emitted light over the to determine the specified wavelength range, but only to form characteristic values within this range as this is much easier and faster to carry out. Such a cha The simplest form of the characteristic value is the relative intensity of the emitted light at a detection wavelength within the Wavelength range.

Eine weitere Differenzierung kann dadurch erreicht werden, daß das zu identifizierende Material zunächst mit Licht der Wellenlänge λ1 beleuchtet und anschließend mit Licht der Wellenlängen λ1 und λ4 beleuchtet wird - die Reihenfolge spielt hierbei keine Rolle -, wobei nach jedem Beleuchtungsvorgang die relative Intensität des emit­ tierten Lichtes bei mindestens einer Detektionswellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereiches gemessen wird und dann aus diesen bei unterschiedlicher Beleuchtung gewonnenen Intensitätswerten durch mathematische Verknüpfung ein charakteristischer Wert gebildet wird. Bei diesem verfeinertem Verfahren wird also insbesondere der Unterschied zwischen dem vorerwähnten Erkennungsverfahren und dem Erkennungsverfahren nach dem Stand der Technik ausgenutzt. Die Varianz der Beleuchtung kann auch in der unterschiedlichen Intensität des Lichtanteils mit der Wellenlänge λ4 bestehen.A further differentiation can be achieved by first illuminating the material to be identified with light of wavelength λ 1 and then illuminating it with light of wavelengths λ 1 and λ 4 - the order is irrelevant - with the relative intensity after each illumination process of the emitted light is measured at at least one detection wavelength within the wavelength range and then a characteristic value is formed from these intensity values obtained under different lighting by mathematical combination. In this refined method, the difference between the aforementioned recognition method and the recognition method according to the prior art is used in particular. The variance of the lighting can also consist in the different intensity of the light component with the wavelength λ 4 .

In der Praxis bewährt hat es sich, wenn im Wellenlängenspektrum des emittierten Lichtes die relative Intensität bei zwei Wellenlängen innerhalb des vorher angegebenen Wellenlängenbereichs ermittelt wird und diese Intensitäten dann zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, wobei dieses Verhältnis einen charakteristischen Wert für das Material bildet.It has proven itself in practice when in the wavelength spectrum of the emitted light is the relative intensity at two wavelengths determined within the previously specified wavelength range and these intensities are then related to each other , this ratio being a characteristic value for the material forms.

Eine weitere Differenzierung kann man dadurch erreichen, daß man die vorbeschriebene Verhältnisbildung einmal für das bei Beleuchtung mit Licht der Wellenlänge λ1 emittierte Licht und zum anderen bei Beleuchtung mit Licht der Wellenlängen λ1 und λ4 emittierte Licht anwendet. Dann entstehen einmal das vorerwähnte Verhältnis sowie ein weiteres Verhältnis, aufgrund der bei zwei Wellenlängen sich ergebenden Intensitäten nach der Beleuchtung mit Licht der Wellen­ länge λ1. Diese beiden durch Quotientenbildung ermittelten Zahlen kann man wiederum zueinander ins Verhältnis setzen, wobei die sich dann ergebende Zahl den charakteristischen Wert zur Materialidentifi­ zierung bildet.A further differentiation can be achieved by using the above-mentioned ratio formation once for the light emitted when illuminating with light of the wavelength λ 1 and on the other hand when illuminating with light with the wavelengths λ 1 and λ 4 . Then the above-mentioned ratio and a further ratio arise, on the basis of the intensities resulting at two wavelengths after illumination with light of the wavelength λ 1 . These two numbers determined by forming the quotient can in turn be related to one another, the number then resulting forming the characteristic value for material identification.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen die bekannten Vorrichtungen zur Materialerkennung modifiziert werden, da zum einen eine zusätzliche Lichtquelle zur Erzeugung von Licht der Wellenlänge λ4 erforderlich ist und zum anderen dieses Licht der Wellenlänge λ4 gleichzeitig mit dem der Wellenlänge λ1 in den Lichtleiter oder das optische System eingespeist werden muß. Weiter­ hin ist insbesondere für die oben beschriebenen differenzierten Er­ kennungsverfahren erforderlich, daß die Lichtquellen einzeln ange­ steuert werden können. Es versteht sich, daß auch die Auswertelek­ tronik entsprechend anzupassen ist, um beispielsweise die vorbe­ schriebene Quotientenbildung durchzuführen und an das zweistufige Verfahren angepaßt zu werden.In order to carry out the method according to the invention, the known devices for material detection have to be modified since, on the one hand, an additional light source is required to generate light of wavelength λ 4 and, on the other hand, this light of wavelength λ 4 simultaneously with that of wavelength λ 1 in the light guide or the optical system must be fed. Furthermore, it is necessary in particular for the differentiated detection methods described above that the light sources can be controlled individually. It is understood that the Auswertelek electronics is to be adapted accordingly, for example, to carry out the prescribed quotient formation and to be adapted to the two-stage process.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on Darge in the drawings presented embodiments explained in more detail. Show it:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die relativen Intensitätsver­ teilungen des von einem Material I emittierten Lichtes bei unterschiedlicher Bestrahlung, Fig. 1 shows a schematic representation of the relative Intensitätsver distributions of light emitted from a material at different irradiation light I,

Fig. 2 ein Diagramm in Darstellung nach Fig. 1 eines anderen Materials, Fig. 2 shows a diagram in illustration of FIG. 1 of another material,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Streuung der charakteristischen Werte zweier Materialien zeigt, und zwar einmal ermit­ telt nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik und ein anderes Mal ermittelt nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren, Fig. 3 is a diagram showing the scattering of the characteristic values of two materials, once ermit telt by a method according to the prior art and another time determined according to the inventive method SEN,

Fig. 4 in schematischer Darstellung den vorrichtungsmäßigen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Erken­ nungsverfahrens und Fig. 4 shows a schematic representation of the device structure for carrying out the detection method according to the invention and

Fig. 5 bis 7 verschiedene Pulsdiagramme. Fig. 5 to 7 different pulse diagrams.

In den Fig. 1 und 2 ist die spektrale Intensitätsverteilung des emittierten Lichts von Elastin (Material I) und Collagen (Material II) schematisch dargestellt. Die Kurve A zeigt die Intensitätsverteilung des von Elastin bei gleichzeitiger Bestrahlung mit Licht der Wellen­ länge λ1 und mit Licht der Wellenlänge λ4 emittierten Lichts. Zum Vergleich ist in Fig. 1 die Kurve B dargestellt, welche die Intensi­ tätsverteilung des emittierten Lichts desselben Materials jedoch bei Bestrahlung mir mit Licht der Wellenlänge λ4 zeigt. Deutlich er­ kenntlich ist der Intensitätsabfall im oberen Wellenlängenbereich (nahe λ3) der Kurve A, die sich bei zusätzlicher Bestrahlung mit Licht der Wellenlänge λ4 ergibt.In Figs. 1 and 2, the spectral intensity distribution of the emitted light of elastin (Material I) and collagen (Material II) is shown schematically. Curve A shows the intensity distribution of the light emitted by elastin with simultaneous irradiation with light of the wavelength λ 1 and with light of the wavelength λ 4 . For comparison, the curve B is shown in Fig. 1, which shows the intensity distribution of the emitted light of the same material but when irradiated with light of wavelength λ 4 . The drop in intensity in the upper wavelength range (near λ 3 ) of curve A, which results from additional irradiation with light of wavelength λ 4, is clearly evident.

In Fig. 2 sind entsprechende Kurven für ein Material II, nämlich Collagen, eingetragen. Die Kurven C und D sind etwa identisch, das heißt, es stellt sich bei Collagen (Material II) anders als bei Elastin (Material I) etwa dieselbe Intensitätsverteilung des emittierten Lichtes ein, unabhängig davon, ob mit Licht der Wellenlänge λ1 oder zusätz­ lich auch noch mit Licht der Wellenlänge λ4 bestrahlt wird.Corresponding curves for a material II, namely collagen, are entered in FIG. 2. Curves C and D are approximately identical, that is, collagen (material II), unlike elastin (material I), has approximately the same intensity distribution of the emitted light, regardless of whether with light of wavelength λ 1 or additional is also irradiated with light of wavelength λ 4 .

Im vorliegenden Fall (Fig. 1 und 2) beträgt die Wellenlänge λ1 375 nm und die Wellenlänge λ4 750 nm. Der durch Filter ausgewähl­ te Wellenlängenbereich liegt zwischen λ2 und λ3. Die in den Figuren in unterbrochenen Linien gekennzeichneten Wellenlängen innerhalb des Wellenlängenbereiches betragen 460 nm (Ziffer 1) und 530 nm (Ziffer 2).In the present case ( FIGS. 1 and 2), the wavelength λ 1 is 375 nm and the wavelength λ 4 is 750 nm. The wavelength range selected by filters lies between λ 2 and λ 3 . The wavelengths marked in broken lines in the figures within the wavelength range are 460 nm (number 1) and 530 nm (number 2 ).

Betrachtet man die im Punkt 1 aufeinander normierten Kurven B und D, denen eine Anregung mit Licht der Wellenlänge λ1 zugrundeliegt (wie aus dem Stand der Technik bekannt) so wird deutlich, daß eine Unterscheidung der Materialien anhand dieser fast identischen Kurven nicht zuverlässig möglich ist. Vergleicht man hingegen die (ebenfalls normierten) Kurven A und C, so ist ein deutlicher Unterschied sicht­ bar. If one looks at the curves B and D normalized in point 1 , which are based on excitation with light of wavelength λ 1 (as is known from the prior art), it becomes clear that it is not possible to reliably differentiate the materials on the basis of these almost identical curves . On the other hand, if you compare the (also standardized) curves A and C, a clear difference is visible.

Um nicht die spektralen Intensitätsverteilungskurven in ihrer Gesamt­ heit über den Wellenlängenbereich λ2 bis λ3 vergleichen zu müssen, empfiehlt es sich, ein, zwei oder mehrere Detektionswellenlängen 1,2 auszuwählen, die relative Intensität an diesen Punkten zu ermitteln und gegebenenfalls die ermittelten Werte mathematisch miteinander zu verknüpfen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ver­ änderung der Spektren durch das Verhältnis der relativen Intensitäten an zwei Punkten 1 und 2 ermittelt worden. IB1 ist die Intensität bei der Detektionswellenlänge 1, die sich bei alleiniger Anregung durch Bestrahlung mit Licht der Wellenlänge λ1 ergibt. IB2 ist die entspre­ chende Intensität bei der Detektionswellenlänge 2. Die entsprechen­ den Intensitätswerte der Kurven A, C und D sind mit IA1, IA2, IC1, IC2 und ID1, ID2 beziffert. Bildet man nun zu jedem Wertepaar 1,2 das Verhältnis V (VA, VB,VC und VD) der Intensitäten, so erhält man einen materialcharakteristischen Wert. Da die Kurven C und D (Fig. 2) quasi identischen Verlauf haben, ergeben sich somit für Material II unabhängig von der Anregung gleiche V-Werte (die angegebenen Zahlenwerte entstammen praktischen Versuchen und stimmen daher mit den in den Figuren schematisch dargestellten Kurvenverläufen nicht zwingend überein):In order not to have to compare the spectral intensity distribution curves in their entirety over the wavelength range λ 2 to λ 3 , it is advisable to select one, two or more detection wavelengths 1,2 , to determine the relative intensity at these points and, if necessary, to mathematically determine the determined values to link with each other. In the present exemplary embodiment, the change in the spectra has been determined by the ratio of the relative intensities at two points 1 and 2 . I B1 is the intensity at the detection wavelength 1, λ at the sole excitation by irradiation with light of the wavelength 1 is obtained. I B2 is the corresponding intensity at the detection wavelength 2 . The corresponding intensity values of curves A, C and D are numbered I A1 , I A2 , I C1 , I C2 and I D1 , I D2 . If the ratio V (V A , V B , V C and V D ) of the intensities is now formed for each pair of values 1, 2 , a material-characteristic value is obtained. Since the curves C and D ( FIG. 2) have a quasi-identical course, the same V values result for material II regardless of the excitation (the numerical values given come from practical experiments and are therefore not necessarily correct with the curve courses shown schematically in the figures match):

Für die Kurven A und B in Fig. 1 ergeben sich hingegen folgende Werte:In contrast, the following values result for curves A and B in FIG. 1:

Vergleicht man nun diese charakteristischen Werte VA-VD, von denen VA und VB dem Material I und VC und VD dem Material II zuzuord­ nen sind, so wird wiederum deutlich, daß eine Unterscheidung der Werte VB und VD, die aus Anregungen mit Licht der Wellenlänge λ1 resultieren, nicht oder nur äußerst schwer möglich ist, während sich die durch zusätzliche Anregung mit Licht der Wellenlänge λ4 erge­ benden Werte VA und VC deutlich voneinander unterscheiden.If one compares these characteristic values V A -V D , of which V A and V B are assigned to material I and V C and V D to material II, it becomes clear again that a distinction between the values V B and V D which result from excitations with light of wavelength λ 1 is not possible or is extremely difficult, while the values V A and V C resulting from additional excitation with light of wavelength λ 4 differ significantly from one another.

Eine weitere Differenzierung kann dadurch erfolgen, daß man die Unterschiede zwischen den Intensitätsverteilungskurven bei Anregung mit Licht der Wellenlänge λ1 gegenüber den Intensitätsverteilungs­ kurven bei Anregung mit Licht der Wellenlänge λ1 und λ4 ausnutzt. Als charakteristische Materialkennwerte ergeben sich dann beispiels­ weise folgende Verhältnisse:Further differentiation may take place by reacting the differences between the intensity distribution curves, when excited with light of wavelength λ 1 with respect to the intensity distribution curves, when excited with light of wavelength λ 1 and λ 4 exploited. The following relationships then result, for example, as characteristic material parameters:

Wie die vorstehenden Zahlen verdeutlichen, wird hierdurch die Unterscheidungskraft nochmals erheblich gesteigert. Dies muß nicht bei allen Materialien so sein, es kann jedoch auf einfache Weise empirisch ermittelt werden.As the figures above make clear, this will make the Distinctiveness significantly increased again. This does not have to be be the same with all materials, but it can be done in a simple way be determined empirically.

Die Fig. 3 veranschaulicht recht deutlich, welche hohe Signifikanz das erfindungsgemäße Verfahren bei der Materialerkennung bietet. Die mit den Ziffern 3 und 4 gekennzeichneten Punktgruppen stellen Werte dar, die sich bei zahlreichen Intensitätswertmessungen an Material I (Ziffer 3) und an Material II (Ziffer 4) ergeben haben, wenn diese Materialien nur mit Licht der Wellenlänge λ1 angeregt wurden. Zwar wird zwischen den Meßpunktgruppen 3 und 4 stati­ stisch ein Unterschied feststellbar sein, doch kann hierbei nicht ausgeschlossen werden, daß Fehlidentifizierungen stattfinden, wie die sich überlappenden Meßpunkte der Gruppen 3 und 4 zeigen. Wird hingegen die Intensität der selben Materialien bei Anregung mit Licht der Wellenlängen λ1 und λ4 gemessen, so ergibt sich eine Meßpunkt­ verteilung wie sie in Fig. 3 mit den Ziffern 5 und 6 gekennzeichnet ist. Hier kann ohne weiteres und zuverlässig zwischen den Materia­ lien I und II unterschieden werden. Fig. 3 illustrates quite clearly that high significance provides the inventive method in material recognition. The point groups marked with the numbers 3 and 4 represent values which have resulted from numerous intensity value measurements on material I (number 3 ) and on material II (number 4 ) if these materials were only excited with light of the wavelength λ 1 . Although there will be a statistical difference between the measuring point groups 3 and 4 , it cannot be ruled out that incorrect identifications will take place, as the overlapping measuring points of groups 3 and 4 show. If, on the other hand, the intensity of the same materials is measured when excited with light of wavelengths λ 1 and λ 4, a measurement point distribution is obtained as indicated by the numbers 5 and 6 in FIG. 3. Here you can easily and reliably differentiate between materials I and II.

Die vorerwähnten Ergebnisse sind nicht auf die angegebenen Wellen­ längen beschränkt, sie ergeben sich beispielsweise auch, wenn λ4 ungleich der zweifachen Wellenlänge von λ1 ist. Sie lassen sich ins­ besondere für die Laserangioplastie nutzen, bei der gesunde Gefäß­ wand von sklerotischen Veränderungen zu unterscheiden ist und eine Fehlerkennung unter allen Umständen auszuschließen ist.The aforementioned results are not limited to the specified wavelengths, they also result, for example, when λ 4 is not equal to twice the wavelength of λ 1 . They can be used in particular for laser angioplasty, in which a healthy vascular wall is to be distinguished from sclerotic changes and an error detection can be excluded under all circumstances.

Fig. 4 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere für die Anwendung der Laserangiosplastie. Mit 7 und 8 sind in Fig. 4 zwei Laser als Lichtquellen gekennzeichnet, zum einen ein Dyelaser, der Licht der Wellenlänge λ4 erzeugt und zum anderen ein HeCd- Laser, der Licht der Wellenlänge λ1 erzeugt. Über einen Strahlteiler 9 wird das Licht dieser beiden Laser 7, 8 in einen Lichtwellenleiter 10 eingekoppelt und darüber auf das Probenmaterial 11 geleitet. Das vom Probenmaterial 11 emittierte Licht wird über den Lichtwellenlei­ ter 10 zurückgeführt und über einen zweiten Strahlteiler 12 einer Auswerteinheit 13 übermittelt, die den Wellenlängenbereich zwischen λ2 und λ3 durchläßt und sodann die Intensitätsverteilung bei einer oder mehrerer Detektionswellenlängen ermittelt und gegebenenfalls die erforderlichen mathematischen Verknüpfungen vornimmt. Fig. 4 shows the schematic structure of an apparatus for performing the method according to the invention, in particular for the application of Laserangiosplastie. In FIG. 4, 7 and 8 denote two lasers as light sources, on the one hand a dyelaser which generates light of the wavelength λ 4 and on the other hand a HeCd laser which generates light of the wavelength λ 1 . The light from these two lasers 7 , 8 is coupled into an optical waveguide 10 via a beam splitter 9 and directed onto the sample material 11 . The light emitted by the sample material 11 is fed back via the Lichtwellenlei ter 10 and transmitted via a second beam splitter 12 to an evaluation unit 13 which passes the wavelength range between λ 2 and λ 3 and then determines the intensity distribution at one or more detection wavelengths and, if necessary, the required mathematical relationships makes.

Statt des zweiten Lasers 8 kann auch nur der Laser 7 mit einer nachgeschalteten Verdoppelungseinheit 14 eingesetzt werden, der Strahlungsteiler 9 kann dann entfallen. Es kann dann zur Erzeugung der Wellenlänge λ4 beispielsweise ein Alexandritlaser als Laser 7 eingesetzt werden, dessen Lichtstrahl geteilt, dessen einer Teilstrahl in seiner Wellenlänge verdoppelt und schließlich wieder mit dem anderen Teilstrahl zusammengeführt wird. Sodann erfolgt die Ein­ kopplung in den Lichtwellenleiter 10. Die Signalauswertung ist die gleiche wie vorbeschrieben.Instead of the second laser 8 , only the laser 7 with a subsequent doubling unit 14 can be used, the radiation splitter 9 can then be omitted. It can then be used to generate the wavelength λ 4, for example, an alexandrite laser as the laser 7 , whose light beam is divided, the partial beam of which is doubled in wavelength and finally combined with the other partial beam. Then there is a coupling into the optical waveguide 10 . The signal evaluation is the same as described above.

In beiden vorbeschriebenen Ausführungsformen kann Licht der Wel­ lenlängen λ1 und/oder der Wellenlänge λ4 auch zur Bearbeitung die­ nen. Grundsätzlich kann die Bearbeitung aber auch durch eine dritte Bearbeitungswellenlänge λ4 erfolgen, die vom selben oder einem weiteren Laser erzeugt wird.In both of the above-described embodiments, light of the wavelengths λ 1 and / or the wavelength λ 4 can also be used for processing. In principle, the processing can also be carried out by a third processing wavelength λ 4 , which is generated by the same or another laser.

Anhand der Fig. 5 bis 7 sind drei Beispiele von zeitlich sich ändernden Materialbeleuchtungen dargestellt. Die mit a gekennzeich­ neten Diagramme zeigen die Einschaltzeit der mit der Wellenlänge λ1 beleuchtenden Lichtquelle, die mit b gekennzeichneten Diagramme die entsprechende Einschaltzeit der mit λ4 strahlenden Lichtquelle und die mit c gekennzeichneten Diagramme die sich dabei in der Auswerteinheit beispielhaft ergebenden charakteristischen Verhältnis­ werte.Referring to Figs. 5 to 7 are shown three examples of time-varying lighting material. The diagrams marked with a show the switch-on time of the light source illuminating with the wavelength λ 1 , the diagrams marked with b show the corresponding switch-on time of the light source radiating with λ 4 and the diagrams marked with c show the characteristic ratio that results in the evaluation unit as an example.

Bei dem Beispiel nach Fig. 5 wird Licht der Wellenlängen λ1 und λ4 gleichzeitig auf das zu erkennende Material gerichtet, die Materi­ alerkennung erfolgt etwa gleichzeitig, und zwar anhand der Höhe des V-Wertes. Die V-Werte für Material I sind in durchgezogenen und die für Material II in unterbrochenen Linien dargestellt. In the example according to FIG. 5, light of the wavelengths λ 1 and λ 4 is simultaneously directed onto the material to be recognized, the material recognition takes place approximately simultaneously, namely on the basis of the height of the V value. The V values for material I are shown in solid lines and those for material II in broken lines.

Bei dem Beispiel nach Fig. 6 erfolgt zunächst eine Bestrahlung mit Licht der Wellenlängen λ1 und erst nach einer gewissen Zeit eine Bestrahlung mit Licht der Wellenlängen λ1 und λ4. Erst nachdem Licht beider Wellenlängen eingestrahlt worden ist, ist ein signifikan­ ter Unterschied der Materialien sichtbar.In the example according to FIG. 6, irradiation with light of the wavelengths λ 1 takes place first and only after a certain time is irradiation with light of the wavelengths λ 1 and λ 4 . A significant difference in the materials is only visible after light of both wavelengths has been irradiated.

In dem Beispiel nach Fig. 7 wird Licht mit der Wellenlänge λ1 ständig eingestrahlt, während Licht mit der Wellenlänge λ4 nur für ein zeitlich begrenztes Intervall eingestrahlt wird. Entsprechend ist der Verlauf der charakteristischen Werte, nämlich in zeitlich umge­ kehrter Reihenfolge zu den anhand von Fig. 6c dargestellten.In the example according to FIG. 7, light with the wavelength λ 1 is continuously radiated in, while light with the wavelength λ 4 is radiated in only for a time-limited interval. Corresponding is the course of the characteristic values, namely in a chronologically reverse order to that shown with reference to FIG. 6c.

Statt dem Zu- oder Abschalten von Licht der Wellenlänge λ4 ist es auch denkbar, einen signifikanten Unterschied zwischen zwei und mehr Materialien dadurch zu erzeugen, daß die Einstrahlintensität des Lichts der Wellenlänge λ4 variiert wird.Instead of switching on or off light of the wavelength λ 4 , it is also conceivable to generate a significant difference between two or more materials by varying the irradiation intensity of the light of the wavelength λ 4 .

Claims (7)

1. Verfahren zur Materialerkennung mittels Spektroskopie, bei dem das zu identifizierende Material mit Licht einer Wellenlänge λ1 beleuchtet und die Intensität des vom Material emittierten Lumines­ zenz- und/oder Streulichts bei mindestens einer Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich zwischen λ2 und λ3 ermittelt und mit vorermit­ telten Werten bekannter Materialien verglichen wird, wobei die Wellenlänge λ1 unterhalb des Wellenlängenbereichs λ2 bis λ4 liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das zu identifizierende Material zu­ sätzlich mit Licht einer Wellenlänge λ4 beleuchtet wird, wobei die Wellenlänge λ4 oberhalb des durch λ2 und λ3 bestimmten Wellenlän­ genbereichs liegt.1. A method for material detection by means of spectroscopy, in which the material to be identified is illuminated with light of a wavelength λ 1 and the intensity of the luminescent and / or scattered light emitted by the material is determined at at least one wavelength in a wavelength range between λ 2 and λ 3 and is compared with prior values of known materials, the wavelength λ 1 being below the wavelength range λ 2 to λ 4 , characterized in that the material to be identified is additionally illuminated with light of a wavelength λ 4 , the wavelength λ 4 above the by λ 2 and λ 3 specific wavelength range. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein charakteristischer Wert des emittierten Lumineszenz- und/oder Streulichts bei mindestens einer Detektionswellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereichs zur Materialerkennung gebildet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that at least one characteristic value of the emitted luminescence and / or scattered light at at least one detection wavelength formed within the wavelength range for material detection becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu identifizierende Material nacheinander mit Licht der Wellenlänge λ1 und mit Licht der Wellenlängen λ1 und λ4 beleuchtet wird und der charakteristische Wert unter Ausnutzung der sich bei den unterschiedlichen Beleuchtungen ergebenden Unterschiede im emittierten Lumineszenz- und /oder Streulicht innerhalb des Wellen­ längenbereichs gebildet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the material to be identified is successively illuminated with light of the wavelength λ 1 and with light of the wavelengths λ 1 and λ 4 and the characteristic value using the differences resulting from the different illuminations is formed within the wavelength range in the emitted luminescent and / or scattered light. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu identifizierende Material mit Licht der Wellenlängen λ1 und λ4 gleichzeitig beleuchtet und anschließend mit Licht gleicher Wellenlängen jedoch einer sich unterscheidenden Intensität der Wellenlänge λ4 beleuchtet wird und der charakteristi­ sche Wert unter Ausnutzung der sich bei den unterschiedlichen Be­ leuchtungen ergebenden Unterschiede im emittierten Lumineszens- und/oder Streulicht innerhalb des Wellenlängenbereichs gebildet wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the material to be identified is simultaneously illuminated with light of the wavelengths λ 1 and λ 4 and then illuminated with light of the same wavelengths but with a different intensity of the wavelength λ 4 and the characteristic value taking advantage of the differences in the different illuminations in the emitted luminescent and / or scattered light is formed within the wavelength range. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als charakteristischer Wert des emittierten Lumi­ neszenz- und/oder Streulichts das Verhältnis V der relativen Intensi­ täten bei mindestens zwei Wellenlängen innerhalb des Wellenlän­ genbereichs gebildet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the characteristic value of the emitted Lumi nescent and / or scattered light the ratio V of the relative intensi would do at least two wavelengths within the wavelength is formed. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das zu identifizierende Material mit Licht der Wellenlänge λ1 beleuchtet und anhand des emittierten Lumineszenz- und/oder Streulichts das Verhältnis V1 der relativen Intensitäten bei zwei Wellenlängen innerhalb des Wellenlängenbe­ reichs gebildet wird, wonach das zu identifizierende Material zusätz­ lich mit Licht einer Wellenlänge λ4 beleuchtet wird und dann wieder­ um anhand des emittierten Lumineszenz- und/oder Streulichts das Verhältnis V2 der relativen Intensitäten bei denselben Wellenlängen wie zuvor gebildet wird, wobei die sich durch diese beiden Verhält­ nisbildungen ergebenden Werte V1 und V2 zueinander ins Verhältnis V12 gesetzt werden und einen charakteristischen Wert V12 zur Ma­ terialidentifizierung bilden. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the material to be identified is first illuminated with light of the wavelength λ 1 and the ratio V 1 of the relative intensities at two wavelengths within the wavelength range is formed on the basis of the emitted luminescence and / or scattered light is, after which the material to be identified is additionally illuminated with light of a wavelength λ 4 and then again based on the emitted luminescence and / or scattered light the ratio V 2 of the relative intensities at the same wavelengths as before, which is characterized by this two ratios resulting values V 1 and V 2 to each other in the ratio V 12 are set and form a characteristic value V 12 for material identification. 7. Vorrichtung zur Materialerkennung mittels Spektroskopie, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von Licht der Wellenlänge λ1 und mit einem Detektor zur Ermittlung der Intensität des vom bestrahlten Material emittierten Lumineszenz- und/oder Streulichts bei mindestens einer Wellenlänge, mit einer dem Detektor vorgeschalteten Filtereinrichtung, die mindestens eine ausge­ wählte Wellenlänge in einen Wellenlängenbereich von λ2 bis λ3 oberhalb von λ1 durchläßt, sowie mit einer Auswertelektronik, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle zur Erzeugung von Licht der Wellenlänge λ4 vorgesehen ist, wobei die Wellenlänge λ4 ober­ halb vom Wellenlängenbereich λ2 bis λ3 liegt.7. Device for material detection by means of spectroscopy, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, with a light source for generating light of wavelength λ 1 and with a detector for determining the intensity of the luminescent and / or scattered light emitted by the irradiated material at least one wavelength, with a filter device connected upstream of the detector, which passes at least one selected wavelength into a wavelength range from λ 2 to λ 3 above λ 1 , and with evaluation electronics, characterized in that a light source for generating light Wavelength λ 4 is provided, the wavelength λ 4 being above half the wavelength range λ 2 to λ 3 .
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